引言
一些传感器信号调节器用于处理多个传感器元件的输出。该处理过程通常由多模态和混合信号调节器完成，可以同时处理多个传感器元件的输出。本文详细分析了该传感器信号调节器中抗混淆滤波器的工作。
传感器信号调节器基础知识
传感器元件（变送器）将有用的物理信号转换为电信号，如用于测量压力的压阻桥、用于检测超声波的压电传感器和用于测量气体浓度的电化器。传感器元件产生的电信号非常小，处于温度漂移和非线性传输函数等非理想状态。
传感器模拟前端(如德州仪器)LMP91000)和传感器信号调节器(如德州仪器)PGA用于将这些传感元件产生的小信号放大到可用水平。PGA400/450包含完整的信号调节电路，以及一些可以刺激传感器元件、管理功率和连接到外部控制器的电路。另外，如PGA400等设备还可以校准这些传感元件的不理想状态。
多模态信号调节
通常，为了实现信号调整或更高级别的监控，我们需要测量多个传感器元件的输出。例如，在处理典型压阻桥的输出时，需要同时测量桥和温度传感器的输出。同样，处理热电偶的输出需要同时测量热电偶和测量连接器温度的传感器的输出。测量连接器温度的目的是完成冷接点补偿。处理多个传感元件的同一信号调节器称为多模态信号调节。
调整混合信号信号
传感器信号调节的另一个方面是发生信号调节的电域。德州仪器PGA模拟域中发生了309装置电阻桥传感元件的信号调节。PGA在400等设备中，模拟和数字域同时发生信号调节。后者称为混合信号调节。
模数转换器是混合信号调节器的关键部件(ADC)。图1显示了多模态和混合信号传感器信号调节器的框图。图表显示，在信号达到智能补偿模块之前，两个传感器元件总是有一个独立的信号通然后，该模块将这两个信号组合起来，产生处理后的输出。
图1多模态，混合信号传感器信号调节器
尼奎斯特(Nyquist)准则
混合信号传感器信号调节的一个重要方面是将连续时间模拟域信号离散到离散时间数字域信号。换句话说，混合信号调节器是采样系统。因此，着名的尼奎斯特采样准则适用于混合信号传感器信号调节。简而言之，该标准是指采样频率必须是信号带宽的两倍。在图1中，我们假设每个信号通道中的放大器都限制了信号带宽，以满足尼奎斯特标准的要求。换句话说，为了满足尼奎斯特标准的要求，放大器在放大信号的同时进行必要的抗混淆(限制带宽)。
图1还显示了信号通道中的数字滤波器。这些数字滤波器用于降低信号带宽，从而进一步帮助提高系统的信噪比(SNR)。
多余的正弦波信号
对于某些应用程序，可能需要降低图1所示电路的成本。图2显示了一个更划算的例子，其中两个模拟信号通路共用一个放大器和一个ADC.上述两个电路中的信号通路具有外正弦波重量，将进入传感元件（例如，由于电磁干扰）或信号通路本身（例如，由于相邻电路的干扰）。由于图2所示的公共信号通道的存在，数字滤波器可能无法消除带外或多余的正弦波重量。本节将分析问题。
图2共用一个放大器和一个放大器ADC模拟信号通路
便于分析，假设图1和图2的条件相同：
l ADC采样率：10kHz
l放大器带宽符合尼奎斯特标准：5kHz
l信号带或者数字滤波器带宽：2.5kHz
l传感元件1通路3kHz多余的正弦波分量
在图1所示的电路中，多余的3kHz数字滤波器有效地衰减了信号。这是因为3kHz信号没有进入基带。也就是说，3kHz将出现在3kHz下，甚至在数字域。
但是，如果相同的5kHz放大器用于图2所示的电路，两个传感器元件的信号依次采样，数字滤波器衰减多余3kHz信号不起作用。这是因为传感元件1信号的有效采样频率仅为5kHz，尽管ADC采样率为10kHz.因此，3kHz数字滤波器将进入基带（即带内信号），以消除多余信号。
请注意，为了防止多余的信号失真，并满足尼奎斯特标准的要求，放大器准的要求.5kHz.在这种情况下，不再需要一个2.5kHz数字滤波器；模拟放大器限制数字信号带宽.5kHz.
多余宽带白噪声
图1和图2所示的信号通路会产生多余的宽带白噪声。为了研究和清楚地理解这个问题，我们假设信号通路没有多余的正弦波重量。同时，我们也假设信号通路的白噪声是主要噪声源（这种信号通路的常见情况）。
白噪声抗混淆滤波器：案例1
由于图1所示的独立信号通路，每个5kHz放大器起到抗混淆滤波器的作用，将各信号的白噪声带宽限制在5kHz.数字滤波器进一步将带宽降至2.5kHz，从而实现信白噪比。
图2中显示的两个模拟信号通路共用5个kHz因此，传感元件1的有效采样频率再次为5kHz(假设两个传感元件的输出依次采样)。在这种情况下，2.5kHz到5kHz所有模拟域噪声均进入0kHz到2.5kHz范围(有用频带)。然而，该频率范围内的均方根(RMS)噪音不受影响！换句话说，电路SNR和图1所示的电路一样。[page]
仿真模型
图3显示了一个MATLAB？/Simulink？该模型用于分析信号通路框架对多余宽带白噪声的影响。该模型与
包括使用独立信号通路和公共信号通路的电路。注意采样减少2模块(downsample-by-2 block)用于依次表示公共信号通道采样的效果。假设模拟放大器增益为10，是四阶椭圆低通滤波器。MATLAB/Simulink的FDA该工具用于设计图3所示的数字滤波器，也用于四阶椭圆低通滤波器。1
表1总结了放大器带宽为5kHz到2.5kHz时1.25kHz数字滤波器RMS噪声。MATLAB“std”函数用于计算RMS噪声。
表1独立和公共信号通道RMS噪声
使用5kHz放大器带宽时，ADC输出RMS分别列出了采样缩减2值和采样缩减2值std(x_ind)”和“std(x_com)两栏大致相等。也就是说，采样减少不会影响。RMS值。因此，如果采样缩减值直接在没有进一步数字滤波的情况下使用，公共信号通路的信白噪比与独立信号通路相同。
放大器带宽为2.5kHz当数字滤波器输出时，RMS值列举在“std(y_ind)”和“std(y_com)”栏内。从这些数据中，我们可以清楚地知道，1.25kHz数字滤波器的效果取决于模拟抗混淆滤波器的频率。如果抗混淆滤波器的带宽为2.5kHz(相当于公共信号通道采样频率的一半)，公共通道数字滤波器输出的噪声与独立信号通道数字滤波器输出的噪声相当。但是，如果抗混淆滤波器的带宽为5kHz，数字滤波器输出RMS值非常不同，从而产生不同的信白噪比。
图3 MATLAB/Simulink仿真模型
结论
对于多模态、混合信号传感器信号调节器，必须正确选择抗混淆滤波器的带宽，以消除多余的信号，实现理想SNR.如果使用∑-Δ调制器ADC，转换后仍不稳定的必须丢弃ADC采样。有效采样率可进一步降低。